基于CCD的微小型快速尿液分析仪的设计

　　1　引　　言

　　据相关调查显示,大约半数的人处于“亚健康”状态,如不及时调整或治疗,将很可能影响正常工作和学习的效率,甚至导致疾病。伴随着生活水平的不断提高,人们越来越关心自己的身体健康。而“亚健康”状态多无明显的症状,但通过人体生理参数的监测,便可以有效地判断身体的健康情况。由于正规医疗机构数量有限,很难满足大多数人的需求,而且现代社会工作生活节奏很快,每天去医院检查显然行不通。尿液分析仪是通过检测人体尿液中相关成分来判断人体健康的一种医疗仪器[1]。采用无创伤、非介入检测方法,能够有效地检查身体状况。因为购买医院的大型设备费用高,易用性差,难以维护,所以不适合大多数人使用。因此推出一种便携式的家用尿液分析仪具有非常大的社会和经济意义。

　　自从20世纪50年代出现了使用肉眼观测尿液试纸条的测试方法,尿液的化学分析开始进入干化学法的时代。此法利用人眼观察再进行比较得出结果,受人眼主观因素影响,具有较大的系统误差[2]。到20世纪70年代中期,随着计算机及自动化技术的飞速发展,尿液分析仪的自动化也迅速得到应用,出现了采用热光源球面积分的尿液分析仪。现今,自动化尿液分析仪可以进行多个项目的检测,但多采用步进电机带动试纸条运动来对试纸条的各个试剂块进行逐项测试,有着检测时间长、体积大等缺点。本文设计了一种无机械运动,基于CCD传感的尿液分析仪,其体积小、功耗低、速度快,很适合家庭用户的使用。

　　2　原　　理

　　本仪器所用尿液试纸采用德国Bayer公司的Multistix 10SG尿十项试纸,可以测量的项目包括:葡萄糖、胆红素、酮体、比重、潜血、pH、蛋白质、尿胆原、亚硝酸盐、白细胞,并具有很强的抗维生素C干扰的能力,如图1所示[3]。

　　测试时,将试纸条的试剂块全部浸没在尿液中,尿液中的各种成分将和试剂块上的化学成分发生反应,产生颜色的变化。某种成分的浓度越高,颜色的变化就越大,吸收光的量值变化就越大,从而反射的光的量值变化也就越大。也就是说,颜色变化的多少与反射光强的变化量成比例关系,而颜色变化的大小又与尿液中各种成分的浓度成比例关系。所以,只要测得反射光的强度,就可以求得尿液中各种成分的浓度,进而实现对身体健康状况的判断[425]。

　　设计采用双波长测定法,就是选一种对一个试剂敏感的光作为该试剂块的测定光,再选一种对所有试剂不敏感的光作为参考光[6],2种光具有不同的波长。理论上讲,每个试剂都会对应一个最佳的测量波长,但受成本以及光源制作工艺的限制,实际选用了5种波长的测定光。具体算法如下: